انواع ماهواره های مخابراتی

انواع ماهواره های مخابراتی:
ماهواره های مخابراتی دارای بازه ی گسترده ای هستند و از «میکروماهواره ها» (Microsatellites) با وزن کمتر از یک کیلوگرم تا ماهواره های بزرگ با وزن حدود 6500 کیلوگرم را در بر می گیرند.

پیشرفت در زمینه کوچک سازی و دیجیتالی کردن ماهواره ها، توانایی ماهواره ها را در سالیان اخیر افزایش داده است. نسل اولیه ماهواره ها فقط یک ترانسپوندر داشتند که قادر بود فقط یک کانال تلویزیونی را ارسال کند.

اما ماهواره های سری بوئینگ A720 دارای بیشتر از 100 ترانسپوندر هستند و از «تکنولوژی فشرده سازی دیجیتالی» (Digital Compression Technology) استفاده می کنند.

هر ترانسپوندر در این ماهواره ها می توانند تا 16 کانال داشته باشد و به همین دلیل بیش از 1600 کانال تلویزیونی را از طریق فقط یک ماهواره فراهم می کند. در تصویر زیر نمایی از ماهواره مخابراتی Intelsat VI نشان داده شده است.

ماهواره ها در مدارهای مختلفی عمل می کنند. این مدارها شامل «مدار نزدیک زمین» (Low Earth Orbit) یا LEO، «مدار متوسط از زمین» (Medium Earth Orbit) یا MEO و «مدار ژئوسنکرون یا زمین همگام» (Geosynchronous Orbit) یا GEO هستند.

ماهواره های مدار نزدیک زمین یا LEO:
ماهواره های LEO در ارتفاعی بین 160 کیلومتر تا 1600 کیلومتر بالاتر از زمین قرار می گیرند. ماهواره های مدار نزدیک زمین یا LEO خود عمدتا به سه گروه اصلی تقسیم بندی می شوند.

این سه گروه عبارتند از: ماهواره های «LEO کوچک»، ماهواره های «LEO بزرگ» و ماهواره های «LEO مگا». از ماهواره های مدار نزدیک زمین برای تلفن های ماهواره ای و GPS استفاده می شود.

توجه کنید که فاصله کوتاه بین ماهواره LEO و سطح زمین منجر به زمان تاخیر بسیار کم به اندازه فقط 0٫05 ثانیه می شود. همچنین در این نوع از ماهواره ها نیاز به تجهیزات بسیار دقیق و نیز بزرگ به عنوان گیرنده کاهش می یابد.

ماهواره های LEO کوچک در گستره 800 مگا هرتز عمل می کنند. ماهواره های LEO بزرگ در بازه 2 گیگا هرتز و بالاتر و ماهواره های LEO مگا در بازه 20 تا 30 گیگا هرتز عمل می کنند.

فرکانس کاری بسیار بزرگ ماهواره های LEO مگا منجر به توانایی تبادل بیشتر داده و همچنین انتقال ویدئو با تاخیر بسیار پایین و بلادرنگ می شود.

ماهواره های مدار متوسط از زمین یا MEO:
ماهواره های MEO در ارتفاع 10000 تا 20000 کیلومتر بالاتر از زمین واقع هستند. توجه کنید که ماهواره ها در فاصله بین مدار LEO تا MEO عمل نمی کنند؛ زیرا در این ارتفاع، به دلیل «کمربند تشعشعی وان آلن» (Van Allen Radiation Belt) محیط برای اجزای الکترونیکی یک ماهواره به شدت نامطلوب است.

سیگنال مبادله شده با یک ماهواره MEO مسافت طولانی تری را نسبت به ماهواره LEO و مسافت کوتاه تری را نسبت به ماهواره GEO طی می کند. به همین دلیل سیگنال دریافت شده در سمت گیرنده باید بهبود داده شود.

می توان تاخیر انتقال را به صورت زمانی تعریف کرد که طول می کشد تا یک سیگنال به یک ماهواره برسد و مجددا به ایستگاه گیرنده بازگردد.

در این حالت مقدار تاخیر انتقال نسبت به حالت قبلی بیشتر می شود. زیرا سیگنال مسافت طولانی تری را به ماهواره و از آنجا به گیرنده طی می کند. برای مخابرات بلادرنگ، هر چه مقدار تاخیر انتقال کمتر باشد، سیستم مخابراتی بهتر تلقی می شود.

به عنوان مثال اگر یک ماهواره GEO به 0٫25 ثانیه برای یک سفر گردشی نیاز داشته باشد، ماهواره MEO به کمتر از 0٫1 ثانیه برای کامل کردن سفری یکسان نیاز دارد.

ماهواره MEO در بازه فرکانس های 2 گیگا هرتز به بالا عمل می کند. از این نوع ماهواره ها برای سیگنال های تلفنی پر سرعت استفاده می شود.

ماهواره های مدار ژئوسنکرون یا GEO:
ماهواره های مدار ژئوسنکرون، در ارتفاع 22300 مایلی بالای زمین قرار می گیرند. این مدار تقریبا با یک روز واقعی در زمین (23 ساعت و 56 دقیقه) هماهنگ است. این مدار دارای گریز از مرکز (Eccentricity) و انحراف (Inclination) است.

مدار ژئوسنکرون ممکن است کاملا دایره ای نباشد و در قطب های زمین کج باشد، اما هنگامی که از زمین به آن نگاه کنیم، ایستا دیده می شود.

حال اگر یک مدار ژئوسنکرون دایره ای و روی سطح استوا باشد، آن گاه به آن یک مدار ژئواستاتیک گفته می شود.

این ماهواره ها نیز مانند ماهواره های ژئوسنکرون، در ارتفاع های بالاتر از 35786 کیلومتر از سطح زمین فعالیت می کنند و با توجه به جهت چرخش زمین (از غرب به شرق) گردش می کنند.

ماهواره هایی که در این مدار قرار دارند، دارای سرعت زاویه ای برابر با سرعت زاویه ای زمین هستند و به همین دلیل نسبت به زمین ثابت در نظر گرفته می شوند.

مزیت اساسی ماهواره های مدار ژئواستاتیک در این است که احتیاجی به تعقیب آنتن به منظور یافتن موقعیت ماهواره وجود ندارد؛ زیرا ماهواره به صورت سنکرون با زمین می چرخد. در تصویر زیر تفاوت بین دو مدار ژئوسنکرون و ژئواستاتیک نشان داده شده است.

برای پوشش تمام کره زمین فقط به 3 ماهواره GEO نیاز داریم، در حالی که برای پوش زمین با ماهواره های LEO به 20 ماهواره و برای پوشش زمین با ماهواره های MEO به تعداد 10 یا بیشتر ماهواره نیاز داریم.

علاوه بر این، برای ارتباط با ماهواره های LEO و MEO به آنتن های تعقیب کننده روی زمین برای اطمینان از ارتباط بی سیم بین زمین و ماهواره نیاز داریم.

یک سیگنال که از یک ماهواره GEO «واگشت» (Bounced Off) می یابد، حدود 0٫22 ثانیه طول می کشد تا با سرعت نور از ماهواره به زمین و برعکس سفر کند.

این تاخیر موجب ایجاد مشکلاتی در کاربردهایی نظیر سرویس های صوتی و تلفن های موبایل می شود. بنابراین بیشتر موبایل ها و سرویس های صوتی معمولا از ماهواره های LEO و MEO استفاده می کنند تا از تاخیر سیگنال ناشی از «لختی» (Latency) ذاتی ماهواره های GEO اجتناب کنند.

ماهواره های GEO معمولا در کاربردهای صدا و سیما و داده مورد استفاده قرار می گیرند که در آن ها ناحیه وسیع تری از کره زمین باید تحت پوشش قرار گیرد. در تصویر زیر تفاوت سه مدار نزدیک زمین، زمین متوسط و مدار ژئوسنکرون نشان داده شده است.

پرتاب یک ماهواره به فضا، به یک راکت چند مرحله ای بسیار قوی احتیاج دارد تا آن را در مدار صحیح قرار دهد.

پرتاب کنندگان ماهواره ها از راکت های مخصوصی برای پرتاب ماهواره از محل هایی مانند «مرکز فضایی کندی» (Kennedy Space Center) در فلوریدا، Baikonur در قزاقستان، Kourou در فرانسه، نیروی هوایی Vandenberg در کالیفرنیا، Xichang در چین و جزیره Tanegashima در ژاپن استفاده می کنند.

شاتل فضایی ایالات متحده آمریکا نیز توانایی حمل ماهواره را دارد.